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Stand der
Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine,
insbesondere eines Ottomotors mit Benzindirekteinspritzung, mit
mehreren Zylindern sowie ein Steuergerät zur Ausführung des Verfahrens.
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Benzin-Direkteinspritzung
und variable Ventiltriebe beim Ottomotor sind Stand der Technik.
Diese bieten auch die Möglichkeit
homogene motorische Brennverfahren darzustellen. Zum einen sind
fremdgezündete homogene
und geschichtete ottomotorische Brennverfahren mit Direkteinspritzung
und variable Ventiltriebe bekannt, zum anderen werden neue homogene
selbstzündende
Brennverfahren wegen ihres hohen Verbrauchs- und Emissionspotenzials
untersucht. Im Zusammenhang mit neuen selbstzündenden Brennverfahren spielt
die Steuerung/Regelung der Selbstzündung eine entscheidende Rolle,
sowie der Kennfeldbereich in dem dieses Brennverfahren einsetzbar
ist.
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Bei
aus dem Stand der Technik bekannten direkteinspritzenden Benzin-Brennkraftmaschinen
wird Benzin direkt in den Brennraum eines Zylinders der Brennkraftmaschine
eingespritzt. Das in dem Brennraum komprimierte Benzin-Luft-Gemisch
wird anschließend
durch Zünden
eines Zündfunkens
in dem Brennraum entzündet.
Das Volumen des entzündeten
Benzin-Luft-Gemisches dehnt sich explosionsartig aus und versetzt einen
in dem Zylinder hin- und her bewegbaren Kolben in Bewegung. Die Hin-
und Herbewegung des Kolbens wird auf eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine übertragen.
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Direkteinspritzende
Brennkraftmaschinen können
in verschiedenen Betriebsarten betrieben werden. Als eine erste
Betriebsart ist ein sog. Schichtbetrieb bekannt, der insbesondere
bei kleineren Lasten verwendet wird. Als eine zweite Betriebsart
ist ein sog. Homogenbetrieb bekannt, der bei größeren an der Brennkraftmaschine
anliegenden Lasten zur Anwendung kommt. Die verschiedenen Betriebsarten
unterscheiden sich insbesondere in dem Einspritzzeitpunkt und der
Einspritzdauer sowie in dem Zündzeitpunkt.
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Im
Schichtbetrieb wird das Benzin während
der Verdichtungsphase der Brennkraftmaschine in den Brennraum derart
eingespritzt, dass sich im Zeitpunkt der Zündung eine Kraftstoffwolke
in unmittelbarer Umgebung einer Zündkerze befindet. Diese Einspritzung
kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. So ist es möglich, dass
die eingespritzte Kraftstoffwolke sich bereits während bzw. unmittelbar nach
der Einspritzung bei der Zündkerze
befindet und von dieser entzündet
wird. Ebenfalls ist es möglich,
dass die eingespritzte Kraftstoffwolke durch eine Ladungsbewegung
zu der Zündkerze
geführt
und dann erst entzündet
wird. Bei beiden Brennverfahren liegt keine gleichmäßige Kraftstoffverteilung
in dem Brennraum vor, sondern eine Schichtladung.
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Der
Vorteil des Schichtbetriebs liegt darin, dass mit einer sehr geringen
Kraftstoffmenge die anliegenden kleineren Lasten von der Brennkraftmaschine
ausgeführt
werden können.
Größere Lasten
können
allerdings nicht durch den Schichtbetrieb erfüllt werden.
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In
dem für
größere Lasten
benutzten Homogenbetrieb wird das Benzin während der Ansaugphase der Brennkraftmaschine
eingespritzt, so dass eine Verwirbelung und damit eine Verteilung
des Benzins in dem Brennraum noch vor der Zündung noch ohne Weiteres erfolgen
kann. Insoweit entspricht der Homogenbetrieb in etwa der Betriebsweise
von Brennkraftmaschinen, bei denen in herkömmlicher Weise Kraftstoff in
das Ansaugrohr eingespritzt wird. Bei Bedarf kann auch bei kleineren
Lasten der Homogenbetrieb eingesetzt werden.
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Beim
Betrieb einer Brennkraftmaschine im HCCI-Modus (Homogenous Charge
Compression Ignition), der manchmal auch als CAI (Controlled Auto
Ignition), ATAC (Active Thermo Atmosphere Combustion) oder TS (Toyota
Soken) bezeichnet wird, erfolgt die Entzündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches
nicht durch Fremdzündung,
sondern durch kontrollierte Selbstzündung. Der HCCI-Verbrennungsprozess
kann beispielsweise durch einen hohen Anteil an heißen Restgasen
und/oder durch eine hohe Verdichtung und/oder eine hohe Eintrittslufttemperatur
hervorgerufen werden. Voraussetzung für die Selbstzündung ist
ein ausreichend hohes Energieniveau im Zylinder. Im HCCI-Modus betreibbare
Brennkraftmaschinen, sind z. B. aus
US
6,260,520 ,
US 6,390,054 ,
DE 199 27 479 und WO 98/10179
bekannt.
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Die
HCCI-Verbrennung hat gegenüber
einer herkömmlichen
fremdgezündeten
Verbrennung den Vorteil eines reduzierten Kraftstoffverbrauchs und
geringerer Schadstoffemissionen. Allerdings ist die Regelung des
Verbrennungsprozesses und insbesondere die Steuerung der Selbstzündung des
Gemisches komplex. So bedarf es einer Regelung von den Verbrennungsprozess
beeinflussenden Stellgrößen für z. B.
die Kraftstoffeinspritzung (Einspritzmenge bzw. Einspritzzeitpunkt
und -dauer), interne oder externe Abgasrückrückführung, Einlass- und Auslassventile
(variable Ventilsteuerung), Abgasgegendruck (Abgasklappe), ggf.
eine Zündunterstützung, Lufteintrittstemperatur,
Kraftstoffqualität
und Verdichtungsverhältnis
bei Brennkraftmaschinen mit veränderlichem
Verdichtungsverhältnis.
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Darüber hinaus
bietet eine Zylinderabschaltung bei niedrigeren Lasten ein zusätzliches
Verbrauchsersparnispotential. Die Zylinderabschaltung bei fremdgezündete homogene
und geschichtete ottomotorische Brennverfahren ist heutzutage kein
sehr hohe Herausforderung mehr. Bei der homogenen Selbstzündung ist es
aber noch nicht realisiert worden.
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Probleme des
Standes der Technik
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Neue
homogene ottomotorische Brennverfahren sind nur in einem begrenzten
Kennfeldbereich benutzbar und dies nur unter einem sehr gut definierten
thermodynamischen Zustand der Zylinderladung, insbesondere bei hohen
Temperaturen durch hohe Abgasrückführung bzw.
Abgasrückhaltung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Kraftstoffverbrauch und
Emissionen weiter zu minimieren.
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Vorteile der
Erfindung
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines
Ottomotors mit Benzindirekteinspritzung, mit mehreren Zylindern,
wobei ein Teil der Zylinder in einer Betriebsart Schubabschaltung,
ein anderer Teil der Zylinder in einer Betriebsart Selbstzündung betrieben
wird.
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Das
Verfahren ermöglicht
die Steuerung der Selbstzündung
bei niedrigen Lastpunkten mit zusätzlichem Potential zu Verringerung
des Kraftstoffverbrauchs durch eine gezielte Zylinderab schaltungs-Strategie mit
Hilfe von variabler Ventilsteuerung und Benzin-Direkteinspritzung.
Gerade bei niedrigeren Lasten kann die Zylinderabschaltung zum Einsatz
kommen. Der Kennfeldbereich in dem Selbstzündung Realisierbar ist, ist
wegen zu niedriger Ladungstemperatur nach unten begrenzt, mit der
Folge, dass ein Aussetzen der Selbstzündung eintreten kann. Durch
die Zylinderabschaltung würde
bei den Zylindern die noch zünden
und Arbeit leisten sollen eine höhere
Last eingestellt, so dass man dadurch noch kleinere Lasten fahren
könnte
als im Selbstzündbetrieb
ohne Zylinderabschaltung. Durch Zylinderabschaltung kann zudem gerade
bei kleineren Lasten ein geringerer Kraftstoffverbrauch erreicht
werden.
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In
einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Übergang
von der Betriebsart Schubabschaltung in die Betriebsart Selbstzündung über eine
fremdgezündete
Betriebsart erfolgt. Um Zylinder einer Brennkraftmaschine in der
Betriebsart Zylinderabschaltung betreiben zu können ist ein Wechsel zwischen gezündetem Betrieb
und nicht gezündetem
Betrieb notwendig. Die thermodynamischen Verhältnisse, insbesondere die Temperatur,
während
der Schubabschaltung, erschweren einen direkten Übergang in den selbstgezündeten Betrieb.
Daher wird ein fremdgezündeter
Betrieb als Übergang
gewählt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass beim Übergang von der Betriebsart
Schubabschaltung in die Betriebsart Selbstzündung mehrere Arbeitstakte
in der fremdgezündeten
Betriebsart stattfinden. Dies können
beispielsweise etwa ein bis zehn, vorzugsweise etwa fünf bis zehn
Arbeitstakte in der fremdgezündeten
Betriebsart sein.
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Ein Übergang
von der Betriebsart Selbstzündung
in die Betriebsart Schubabschaltung erfolgt vorzugsweise direkt,
also ohne einen Übergang
durch fremdgezündete
Arbeitstakte.
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Vorzugsweise
ist die fremdgezündete
Betriebsart eine Betriebsart mit homogener Gemischbildung, da hier
relativ hohe Gastemperaturen erreicht werden und so mit innerer
oder äußerer Abgasrückführung leicht die
erforderlichen Gastemperaturen für
die Selbstzündung
erreicht werden können..
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Das
eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine, insbesondere
einen Ottomotor mit Benzindirekteinspritzung, mit mehreren Zylindern,
wobei diese Mittel zum Betrieb eines Teils der Zylinder in einer
Betriebsart Schubabschaltung und eines anderen Teils der Zylinder
in einer Betriebsart Selbstzündung
umfasst.
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Zeichnungen
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Zylinders einer Brennkraftmaschine
mit Kraftstoffversorgungssystem;
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2 ein
Diagramm Brennraumdruck über
dem Kurbelwellenwinkel;
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3 ein
Ablaufdiagramm des Verfahrens.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Zylinders einer Brennkraftmaschine
mit zugehörigen Komponenten
des Kraftstoffversorgungssystems. Beispielhaft dargestellt ist eine
Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung (Ottomotor mit Benzindirekteinspritzung
BDE) mit einem Kraftstofftank 11, an dem eine Elektrokraftstoffpumpe
(EKP) 12, ein Kraftstofffilter 13 und ein Niederdruckregler 14 angeordnet
sind. Vom Kraftstoff tank 11 führt eine Kraftstoffleitung 15 zu
einer Hochdruckpumpe 16. An die Hochdruckpumpe 16 schließt sich
ein Speicherraum 17 an. Am Speicherraum 17 sind
Einspritzventile 18 angeordnet, die vorzugsweise direkt
Brennräumen 26 der
Brennkraftmaschine zugeordnet sind. Bei Brennkraftmaschinen mit
Direkteinspritzung ist jedem Brennraum 26 wenigstens ein
Einspritzventil 18 zugeordnet, es können hier aber auch mehrere Einspritzventile 18 für jeden
Brennraum 26 vorgesehen sein. Der Kraftstoff wird durch
die Elektrokraftstoffpumpe 12 aus dem Kraftstofftank 11 über den
Kraftstofffilter 13 und die Kraftstoffleitung 15 zur
Hochdruckpumpe 16 gefördert.
Der Kraftstofffilter 13 hat die Aufgabe, Fremdpartikel
aus dem Kraftstoff zu entfernen. Mit Hilfe des Niederdruckreglers 14 wird
der Kraftstoffdruck in einem Niederdruckbereich des Kraftstoffversorgungssystems
auf einen vorbestimmten Wert, der meist in der Größenordnung
von etwa 4 bis 5 bar liegt, geregelt. Die Hochdruckpumpe 16,
die vorzugsweise direkt von der Brennkraftmaschine angetrieben wird,
verdichtet den Kraftstoff und fördert
ihn den Speicherraum 17. Der Kraftstoffdruck erreicht hierbei
Werte von bis zu etwa 150 bar. In 1 ist beispielhaft
ein Brennraum 26 einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung
dargestellt, im Allgemeinen weist die Brennkraftmaschine mehrere
Zylinder mit je einem Brennraum 26 auf. An dem Brennraum 26 ist
wenigstens ein Einspritzventil 18, wenigstens eine Zündkerze 24,
wenigstens ein Einlassventil 27, wenigstens ein Auslassventil 28 angeordnet.
Der Brennraum wird von einem Kolben 29, der in dem Zylinder auf-
und abgleiten kann, begrenzt. Über
das Einlassventil 27 wird Frischluft aus einem Ansaugtrakt 36 in
den Brennraum 26 angesaugt. Mit Hilfe des Einspritzventils 18 wird
der Kraftstoff direkt in den Brennraum 26 der Brennkraftmaschine
gespritzt. Mit der Zündkerze 24 wird
der Kraftstoff entzündet.
Durch die Ausdehnung des entzündeten
Kraftstoffs wird der Kolben 29 angetrieben. Die Bewegung
des Kolbens 29 wird über
eine Pleuelstange 37 auf eine Kurbelwelle 35 übertragen.
An der Kurbelwelle 35 ist eine Seg mentscheibe 34 angeordnet,
die von einem Drehzahlsensor 30 abgetastet wird. Der Drehzahlsensor 30 erzeugt
ein Signal, das die Drehbewegung der Kurbelwelle 35 charakterisiert.
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Die
bei der Verbrennung entstehenden Abgase gelangen über das
Auslassventil 28 aus dem Brennraum 26 zu einem
Abgasrohr 33, in dem ein Temperatursensor 31 und
eine Lambdasonde 32 angeordnet sind. Mit Hilfe des Temperatursensors 31 wird
die Temperatur und mit Hilfe der Lambdasonde 32 der Sauerstoffgehalt
der Abgase erfasst.
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Ein
Drucksensor 21 und ein Drucksteuerventil 19 sind
am Speicherraum 17 angeschlossen. Das Drucksteuerventil 19 ist
eingangsseitig mit dem Speicherraum 17 verbunden. Ausgangsseitig
führt eine
Rückflussleitung 20 zur
Kraftstoffleitung 15.
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Anstatt
einem Drucksteuerventil 19 kann auch ein Mengensteuerventil
in dem Kraftstoffversorgungssystem 10 zur Anwendung kommen.
Mit Hilfe des Drucksensors 21 wird der Istwert des Kraftstoffdrucks
im Speicherraum 17 erfasst und einem Steuergerät 25 zugeführt. Durch
das Steuergerät 25 wird
auf der Basis des erfassten Istwertes des Kraftstoffdrucks ein Ansteuersignal
gebildet, mit dem das Drucksteuerventil angesteuert wird. Die Einspritzventile 18 werden über nicht
dargestellte elektrische Endstufen angesteuert, die innerhalb oder
außerhalb
des Steuergerätes 25 angeordnet
sein können. Über Steuerungssignalleitungen 22 sind
die verschiedenen Aktuatoren und Sensoren mit dem Steuergerät 25 verbunden.
Im Steuergerät 25 sind verschiedene
Funktionen, die zur Steuerung der Brennkraftmaschinen dienen, implementiert.
In modernen Steuergeräten
werden diese Funktionen auf einem Rechner programmiert und anschließend in
einem Speicher des Steuergerätes 25 abgelegt.
Die im Speicher abgelegten Funktionen werden in Abhängigkeit
der Anforderungen an die Brennkraftmaschine aktiviert, hierbei werden
insbesondere strenge Anforderungen an die Echtzeitfähigkeit
des Steuergerätes 25 gestellt.
Prinzipiell ist eine reine Hardwarerealisierung der Steuerung der
Brennkraftmaschine alternativ zu einer Softwarerealisierung möglich.
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In
dem Ansaugtrakt 36 ist eine Drosselklappe 38 angeordnet,
deren Drehstellung über
eine Signalleitung 39 und einen zugehörigen, hier nicht dargestellten
elektrischen Aktuator durch das Steuergerät 25 einstellbar ist.
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An
dem Brennraum kann eine weitere Zündeinrichtung 40 angeordnet
sein. Es kann sich hier um eine weitere Zündkerze zusätzlich zur Zündkerze 24 oder
beispielsweise einen Laser oder dergleichen handeln. Mit der weiteren
Zündeinrichtung 40 oder
der Zündkerze 24 wird
die nachfolgend beschriebene Fremdzündung zur Herbeiführung der
Selbstzündung
ausgelöst.
Die weitere Zündeinrichtung 40 wird
durch das Steuergerät 25 gesteuert
und ist dazu elektrisch mit diesem verbunden.
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In
einer ersten Betriebsart, dem Homogenbetrieb der Brennkraftmaschine,
wird die Drosselklappe 38 in Abhängigkeit von der erwünschten
zuzuführenden
Luftmasse teilweise geöffnet
bzw. geschlossen. Der Kraftstoff wird von dem Einspritzventil 18 während einem
durch den Kolben 29 hervorgerufenen Ansaugtakt in den Brennraum 26 eingespritzt.
Durch die gleichzeitig angesaugte Luft wird der eingespritzte Kraftstoff
verwirbelt und damit im Brennraum 26 im Wesentlichen gleichmäßig/homogen
verteilt. Danach wird das Kraftstoffluftgemisch während des
Verdichtungstaktes, in dem durch den Kolben 29 das Volumen
des Brennraums 26 verringert wird, verdichtet, um dann
in der Regel kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes das Kolbens 29 von der
Zündkerze 24 entzündet zu
werden.
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In
einer zweiten Betriebsart, dem Schichtbetrieb der Brennkraftmaschine,
wird die Drosselklappe 38 weit geöffnet. Der Kraftstoff wird
von dem Einspritzventil 18 während des durch den Kolben 29 hervorgerufenen
Verdichtungstaktes in den Brennraum 26 eingespritzt. Sodann
wird wie zuvor mit Hilfe der Zündkerze 24 der
Kraftstoff entzündet,
so dass der Kolben 29 in der nun erfolgenden Arbeitsphase
durch die Ausdehnung des entzündeten
Kraftstoffs angetrieben wird. Eine weitere mögliche Betriebsart ist der
homogene Magerbetrieb, bei dem Kraftstoff wie im homogenen Betrieb
während
der Ansaugphase in den Brennraum 26 eingespritzt wird.
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2 zeigt
ein Diagramm des Brennraumdruckes in dem Brennraum 26 der
Brennkraftmaschine über dem
Kurbelwellenwinkel in grad Kurbelwelle (°KW). Über der Ordinate dargestellt
ist ein Kurbelwellenwinkel von –180° bis 540°, über der
Abszisse ist der Brennraumdruck in bar aufgetragen. Mit 0° ist hier
willkürlich
der Obere Totpunkt im Ladungswechsel L-OT gewählt. Der Ladungswechsel dient
in bekannter Weise dem Ausstoßen
verbrannter Abgase, dies findet hier zwischen –180° und 0° Kurbelwelle statt, und dem
Ansaugen frischer Umgebungsluft bzw. eines Kraftstoff-Luft-Gemisches, dies
findet hier im Kurbelwellenwinkelbereich von 0–180° statt. Eine Kurbelwellenumdrehung
weiter, bei 360° Kurbelwelle,
ist der Obere Totpunkt der Zündung (Zündungs-OT)
erreicht. Zwischen 180° Kurbelwelle
in 2 und 360° Kurbelwellenwinkel
findet der Verdichtungstakt statt, zwischen 360° Kurbelwellenwinkel und 540° Kurbelwellenwinkel
findet die Expansion der verbrennenden Gase statt. Die einzelnen
Takte sind in 2 bezeichnet mit Ausstoßen AU von –180° bis 0°, Ansaugen
AN von 0° bis
180°, Verdichtungstakt
(Kompression) V von 180° bis
360° und
Expansion (Verbrennung) E von 360° bis
540°. Im
Verdichtungstakt wird das Luft- bzw. Kraftstoff-Luft-Gemisch oder
Kraftstoff-Luft-Abgas-Gemisch verdichtet und dabei erhitzt. Das
Gemisch wird in der Regel kurz vor Erreichen des Zündungs-OTs
gezündet.
Dies kann wie beim Ottomotor üblich
durch Fremdzündung
oder gemäß der erfindungsgemäßen Betriebsart
durch eine kontrollierte Selbstzündung
erfolgen. Die Zündung
des Gemisches führt in
bekannter Art und Weise zu einer Druckerhöhung, die im sich daran anschließenden Arbeitstakt
in mechanische Energie umgewandelt wird.
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In
der Betriebsart der kontrollierten Selbstzündung erfolgt die Einspritzung
im Schichtbetrieb in dem Verdichtungstakt und die Selbstzündung (siehe 2)
kurz vor Erreichen des Zündungs-OTs. Dazu ist es
erforderlich, dass das Gas-Luft-Kraftstoff-Abgas-Gemisch eine ausreichende Zündtemperatur
aufweist.
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Eine
Zylinderabschaltung zu realisieren ist bei der kontrollierten Selbstzündung eines
Ottomotors sehr empfindlich da die thermodynamischen Bedingungen,
die für
die Selbstzündung
benötigt
werden, sehr genau eingestellt werden müssen. gegebenenfalls ist hier
die Hilfe einer Regelung, die eine Vorsteuerung korrigiert, nötig.
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Anhand
der Tabellen 1 bis 4 werden zunächst
Umschaltstrategien vom normalen 4-Takt-Betrieb in den Zylinderabschaltungsmodus
beschrieben. Beim Übergang
von fremdgezündeten
Betrieb in Selbstzündungsbetrieb
muss beachtet werden, dass beim fremdgezündeten Betrieb eine höhere Abgastemperatur
erzeugt wird. Bei der Umschaltung sollte dieses während einer
kurzen Übergangsphase
(z.B. zwischen 5 und 10 Arbeitsspiele) beachtet werden. Dies bedeutet,
dass zuerst weniger Restgas zurückgehalten
bzw. zurückgeführt wird
um die gewünschte
Temperatur für
die Selbstzündung
einzustellen. Beim Übergang
von fremdgezündeten Betrieb
in Selbstzündungsbetrieb
wird zuerst immer im selben Zylinder weiter gezündet und in den nicht gezündeten Zylindern
weiterhin nicht gezündet.
Tabelle 1 zeigt die möglichen
Umschaltstrate gien bei Umschaltung vom fremdgezündeten Betrieb in Selbstzündungsbetrieb. Tabelle
1 Variante a)
Variante
b)
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Die
Punkte ... stehen jeweils für
einen oder mehrere Arbeitsspiele. Für die Umschaltung vom gezündeten Betrieb
in die Zylinderabschaltung gibt es ebenfalls zwei Möglichkeiten.
Zum Einen aus dem fremdgezündeten
Betrieb in die Zylinderabschaltung, zum Anderen aus dem Selbstzündungsbetrieb
in den Selbstzündungsbetrieb
im Zylinderabschaltungs-Modus. Dabei wird wegen der un terschiedlichen
Abgastemperaturen bei fremdgezündetem
und selbstzündendem
Betrieb aus dem fremdgezündeten
Betrieb wieder eine Übergangsphase
berücksichtigen.
Beim Übergang
im Selbstzündbetrieb
auf die Zylinderabschaltung muss dabei beachtet werden, dass sich
wegen des Lastsprunges im weiterhin gezündeten Zylinder leicht unterschiedliche Abgastemperaturen
einstellen werden. Tabelle 2 zeigt die möglichen Umschaltstrategien
bei Umschaltung vom normalen Betrieb in der Zylinderabschaltung. Tabelle
2 Variante a)
x
= 5 – 10
Zyklen Variante b)
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Die
Umschaltung aus der Zylinderabschaltung zurück in den normalen Betrieb
kann sich ergeben wegen: Lastwunsch höher als mit Zylinderabschaltung
erreichbar oder wegen instabilen Selbstzündbetrieb (Randbereich des
möglichen
Selbstzündkennfeldes
oder stark instationären
Betrieb). Dabei ist es möglich
aus der Zylinderabschaltung in den normalen Betrieb dann weiterhin
in Selbstzündungsbetrieb
oder fremdgezündeten
Betrieb zu fahren. Tabelle 3 zeigt die möglichen Umschaltstrategien
bei Umschaltung aus der Zylinderabschaltung in den normalen Betrieb Tabelle
3 Variante a)
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In
diesem Fall ist der Übergang
in den fremdgezündeten
Betrieb nur nötig
wegen den Einfluss der unterschiedlichen Abgasenthalpien bzw. Temperaturen
auf die Abgasemissionen beim fremdgezündeten Betrieb. Tabelle
3 Variante b)
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Beim Übergang
im Selbstzündbetrieb
aus der Zylinderabschaltung muss dabei beachtet werden, dass sich
leicht unterschiedliche Abgastemperaturen einstellen werden wegen
des Lastsprunges im weiterhin gezündeten Zylinder.
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Die
Zylinderabschaltung kann beliebig in jedem Zylinder ausgeführt werden.
Es kann bei einem n-zylindrigen Motor bis zu n – 1 Zylinder abgeschaltet werden.
Sinnvoll ist aber, das die hälfte
der Zylinder abgeschaltet werden, also n/2, damit die Laufruhe nicht
zu stark beeinträchtigt
wird. Dabei werden abwechselnd die Zylinder abgeschaltet.
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Die
Selbstzündung
ist insbesondere sehr empfindlich auf die Ladungstemperatur und
Zusammensetzung (Frischluft, Kraftstoff, Restgas – intern
und/oder extern). Gerade bei kleinen Lasten wird eine höchstmögliche Ladungstemperatur
Einspritz- und Ventilsteuerstrategien zum Betrieb eines selbstzündenden
Ottomotors benötigt
um die Selbstzündung
noch zu ermöglichen.
Um dies zu erreichen wird eine interne Abgasrückhaltung bevorzugt, wegen
des geringeren Wärmeverlustes
ggf. Der externen AGR. Deshalb müssen
bei einer Zylinderabschaltung immer die selben Zylinder gezündet werden,
siehe Tabelle 4 (z.B. bei einem 4-Zylindermotor immer die selben 2 bzw.
bei einem 6-Zylindermotor immer die selben 3 bzw. bei einem 8-Zylindermotor
immer die selben 4 usw.) und nicht einfach auf einen Zylinder der
gerade keine Zündung
hatte (keine Arbeit leisten sollte) gewechselt werden, da hier keine
Abgasenthalpie vorhanden wäre
die unabdingbar ist für
die Selbstzündung. Tabelle
4 (Motor mit n Zylinder):
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Eine
weitere Möglichkeit
die Zylinderabschaltung flexibler zu gestalten ist bei einem Wechsel
von einem gerade, z.B. Zyklus Z, (selbst-)gezündeten Zylinder, z.B. Zylinder
1, zu einem gerade nicht gezündeten Zylinder,
z.B. Zylinder 2, zuerst hier, in Zyklus Z + 1, einen oder mehrere
fremdgezündete
Arbeitstakte zu realisieren um dadurch die Abgasenthalpie sicherzustellen.
Dabei muss beachtet werden, dass keine Sprünge in der Drehmomententwicklung
verursacht werden. Dies kann durch eine Reduzierung der Last in
beiden Zylindern, zwischen denen der Wechsel stattfindet, erfolgen.
Erst in Zyklus Z + 2 wird der Wechsel vollzogen. Tabelle 5 zeigt
den Übergang
von Schubabschaltung (keine Zündung)
zur Selbstzündung
und umgekehrt bei zwei Zylindern. Zum Einstellen der zur Selbstzündung notwendigen
Abgastemperaturen wird ein oder mehrere Arbeitstakte mit einer fremdgezündeten Betriebsart
zwischengeschaltet, siehe Tabelle 5. Tabelle
5 (Motor mit n Zylinder):
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3 zeigt
ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel
eines Überganges von
der Betriebsart Schubabschaltung SA in die Betriebsart der kontrollierten
Selbstzündung
SZ. Ausgehend von der Schubabschaltung SA in Schritt 101 wird
zunächst
in eine fremdgezündete
Betriebsart FZ in Schritt 102 übergegangen. Dabei kann es
sich um eine homogene oder eine geschichtete Betriebsart oder um
einen homogenen Mischbetrieb handeln. Diese Betriebsart wird über mehrere
Arbeitstakte, beispielsweise 10 Arbeitstakte, beibehalten.
Dazu wird in Schritt 103 geprüft, ob die Anzahl der Arbeitstakte
x größer ist
als vorgegebene Anzahl y an Arbeitstakten, hier kann beispielsweise
die Anzahl y = 10 gewählt
werden. Ist die nicht der Fall, dies ist die Option „N" wie nein in Schritt 103,
so wird in Schritt 104 ein interner Zähler um 1 hochgezählt und
wieder in einen Arbeitstakt mit Fremdzündung gemäß Schritt 102 verzweigt.
Sobald die Anzahl x = 10 Arbeitstakte erreicht ist und die Prüfung in
Schritt 103 das Ergebnis „J" wie Ja lautet, wird in die Betriebsart
der kontrollierten Selbstzündung
SZ in Schritt 105 verzweigt. Demgegenüber erfolgt der Übergang
von der kontrollierten Selbstzündung
SZ in die Schubabschaltung SA unmittelbar und wird daher nicht anhand
eines Diagramms erläutert.
In die sem Fall wird zum Übergang
in die Schubabschaltung SA schlicht die eingespritzte Kraftstoffmenge
auf 0 verringert. Dies kann innerhalb eines Arbeitstaktes geschehen,
so dass der entsprechende Zylinder in der Betriebsart Schubabschaltung übergeht.
